Кріс Джейнес розмірковує про реальність "стріли часу" (другий закон термодинаміки) і про те, як вона детермінує основні закони фізики.
За його словами, насправді "стріла часу" ілюзорна. Бачте, всім абсолютно очевидно, що саме Сонце обертається навколо Землі - це простий здоровий глузд. Але те, що це "очевидно", не робить це "істиною". Хоча всі тепер знають, що Земля обертається навколо Сонця!
Основні закони квантової механіки і парадокс Лошмідта
Нині фізики твердо встановили дві фундаментальні Великі Теорії: Квантова механіка (КМ), фізика атома, і Загальна теорія відносності (ЗТВ), фізика космосу.
Ні в кого немає сумнівів у тому, що ці теорії загалом вірні. Проблема в тому, що всі закони як КМ, так і ЗТВ оборотні в часі. Тобто вони виглядали б так само, якби час ішов назад.
Закони природи ігнорують Другий закон термодинаміки, і тому здається, що Стріла часу не є основною!
Однак отримання спостережуваної термодинамічної поведінки за допомогою лише "фундаментальних" законів КМ та/або ЗТВ загрожує труднощами: виникає парадокс Лошмідта.
Ще одна велика проблема для фізиків полягає в тому, що хоча квантова теорія і загальна теорія відносності Ейнштейна є чудовими концепціями, вони взаємно несумісні. Що говорить про те, що щось потрібно змінювати.
Тому зараз триває полювання за теорією квантової гравітації, здатною успішно об'єднати фізику малих і фізику великих величин. Але що, якщо Стріла часу справді фундаментальніша, ніж квантова механіка або загальна теорія відносності?
Що таке термодинаміка стабільності?
Кріс Джейнес стверджує, що фізики створили новий підхід до термодинаміки стабільності. Тепер геометрія будь-якого об'єкта вбудовується в дію Другого закону термодинаміки.
Так, молекула ДНК є правобічною через "Стрілу часу": це було доведено Майклом Паркером у 2010 році та більш суворо в Додатку А роботи 2019 року.
Бакмінстерфуллерен стабільний, бо має форму максимальної ентропії (доведено у 2020 році).
Аналогічно, геометрія спіральних галактик із максимальною ентропією (також доведено у 2019 році) пояснює їхнє повсюдне поширення у Всесвіті.
Звісно, ці речі вже відомі, але докази термодинаміки є аналітичними і не залежать від іншої фізики: В ЗТВ є щось більш фундаментальне.
Виробництво ентропії чорної діри
Знамените рівняння Бекенштейна-Хокінга (BHE) визначає ентропію чорної діри (ЧД). Воно залишається єдиною загальновизнаною формулою фізики, яка явно включає константи КМ і ЗТВ.
Нині вважається, що всі спіральні галактики мають центральну надмасивну ЧД. А демонстрація їхньої стабільності, проведена під час доказу ЗТВ 2019 року, явно стосувалася сильно "ідеалізованої "галактики", яка складається тільки з центральної чорної діри.
Але в травні 2021 року стало очевидно, що геометрична інтерпретація є лише окремим випадком загальнішого голографічного співвідношення, яке також можна застосувати до ядерних сутностей.
Отже, тепер BHE має три незалежні висновки: спочатку зі статистичної механіки, потім із теорії струн, а тепер із ЗТВ.
У серпні 2021 року фізики розрахували виробництво ентропії "кабінетної галактики" і продемонстрували дивний результат, який має дуже далекосяжний характер: виробництво ентропії (що передбачає дисипацію) є консервативною величиною. Для фізиків ідея про те, що дисипативні процеси можуть бути консервативними, є дивною.
Перша альфа-частинка
Альфа-частинка (4He) також надзвичайно стабільна. Використовуючи наше узагальнення BHE, ми продемонстрували (у лютому 2022 року), що якщо розглядати альфу як унітарну сутність (простішої за яку немає нічого на світі), то можна правильно розрахувати її розмір, виходячи з принципів загальної відносності і не вдаючись до квантових інтерпретацій.
Ба більше, ми також правильно обчислюємо розміри ядер не тільки ізотопів гелію (6He, 8He), а й "гелієвого ряду" (4He, 8Be, 12C, 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, 32S, 36Ar, 40Ca: ці результати, схоже, не можна отримати з КМ).
Час ускладнюється
Математичний апарат ЗТВ досить важкий і дуже незвичний: на жаль, за фізичну простоту завжди доводиться платити математичною непроникністю.
Зараз (листопад 2022 року) ми показали, що сам час найелегантніше представляється у вигляді комплексного числа.
Такий формалізм дає змогу "просто" і послідовно розглянути як оборотність, так і незворотність, безпосередньо вирішуючи парадокс Лошмідта.
Такого роду послідовна візуалізація більш знайома, ніж очікувалося.
Коли світло проходить через середовище, існує "дисперсійне співвідношення" (приклади - веселка або спектр, що виходить із призми), і може відбуватися поглинання випромінювання.
Фізики керують усім цим за допомогою "показника заломлення" - комплексного числа, де "уявна" складова враховує поглинання світла.
Виявляється, що "дисперсійне співвідношення" є абсолютно загальним, і його можна розглядати як енергію системи та одночасно виробництво ентропії.
Інакше кажучи, ентропія та енергія тотожні. Дивний результат, оскільки, хоча ми звикли вважати енергію життєво важливою величиною, дисипацію завжди трактували як прикру недосконалість системи.
Однак ми знаємо, що все цікаве у світі пов'язане з незворотністю (та дисипативними процесами), тож доволі втішно, що ці речі тепер можуть бути формально зрозумілі з "енергетичного" погляду.
Теорія всього чи другий закон термодинаміки?
Група Кріса Джейнеса також продемонструвала, що ЗТВ може однаково добре працювати з квантовими та космічними масштабами: Другий закон термодинаміки розглядається як основний (а не як такий, що "випливає" з КМ).
Фахівці показали, що загальна теорія відносності без проблем справляється з необоротними системами. Як і з оборотними, які в основному цікавили фізиків. Внаслідок бажання "математичної елегантності", природно.
Бентежить, що те, що виглядає як Теорія всього, несподівано з'являється з найменш вірогідного середовища: термодинаміку вважали долею хіміків, хоча фізики здійснили значні прориви в цій галузі.
Але наша інтуїція щодо реальності "стріли часу" в даному випадку виявляється вірною: другий закон дійсно є фундаментальним.
